高速电梯轿厢舒适性激励特点分析.pdf

第5期（总第2 40 期）2023年10 月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING A U T O M A T I O NNo.5Oct.文章编号：16 7 2-6 413（2 0 2 3)0 5-0 2 12-0 2高速电梯轿厢舒适性激励特点分析苏万斌1，潘以军1，郭（1.嘉兴市特种设备检验检测院，浙江嘉兴摘要：随着电梯运行速度的不断提高，乘坐舒适性已成为评价电梯性能的一个重要指标。在对高速电梯轿厢内气压、噪声和振动激励特性分析的基础上，针对轿厢舒适性控制涉及到的气压、噪声、振动激励特点进行了分析，为提高轿厢舒适性打下基础。关键词：高速电梯轿厢；气压激励；噪声激励；振动激励；乘客舒适性中图分类号：TU857俊1，张国斌1，易灿灿314050；2.武汉科技大学，湖北武汉430 0 8 1）文献标识码：A0引言得益于高层建筑的不断增加，全国高速电梯的数量不断稳健攀升，伴随着电梯速度的提高，高速电梯轿厢在井道中上下高速运行时受到的气压、噪声、机械振动和冲击也会相应增加。随着高速电梯服役时间的增加，出现各种类型的损伤或故障在所难免，尤其是在轿厢高速运行过程中受到的交变载荷，不但会影响乘客的舒适性，而且会导致电梯传动部件的磨损和疲劳加剧，从而缩短使用寿命，降低安全性能。1高速电梯轿厢内气压激励及其特点分析电梯高速运行时，轿厢内的气压会快速地发生变化，轿厢内的乘客由于短时间内受到轿厢内气压的快速变化往往会感受到不舒适的压耳感，严重的甚至会导致耳鸣1-3。根据轿厢内气压产生的原因和激励特点，对高速电梯在运行中所带来的气压激励及其特点进行分析。1.1轿厢与对重间距对轿厢内气压激励及其特点高速电梯轿厢与对重在交错运行过程中，由于对重与轿厢相对速度很大，两者交汇时会产生较大的侧向升力，以及对重框架的结构和形状及对重与轿厢间距等因素的变化，从而导致交汇时在轿厢与对重的表面会产生很大的气动力矩。轿厢与对重间的距离对电梯运行安全、气动力矩都有较大的影响，其间距过小会影响运行的安全性，因而间距不能小于规定值；但由于受到井道空间的限制，对重与轿厢的横向间距也不能太大，必须小于轿厢与井道壁的横向距离。1.2井道壁通风孔的布置对轿厢内气压激励及其特点高速电梯轿厢在井道内高速运行时会受到复杂气流的作用，轿厢运行方向尾部由于轿厢的离开形成空气漩涡，类似于大气负压，周围的空气就会迅速填充该米2 0 2 0 年度浙江省质量技术基础建设项目（2 0 2 0 0 12 6）收稿日期：2 0 2 3-0 4-10；修订日期：2 0 2 3-0 6-2 1作者简介：苏万斌（19 7 2-），男，浙江嘉兴人，高级工程师，本科，从事特种设备检验检测技术研究。漩涡，而运行方向头部的空气受到挤压，气体分子之间变得活跃，需要往气压低的间隙、空间等释放，如果井道壁上没有设置合理的通风口，空气则会长时间在较小的空间内挤压并产生剧烈的波动和变化，进而出现扰流现象，影响轿厢运行时的平稳性。当井道内气流的流速和流线的变化率达到某一比例时，轿厢会出现不规律的晃动，极大地影响了电梯运行的舒适度。为此需要合理有效地布置通风孔，布置的通风孔长度应大于等于对重与轿厢的交错距离。井道壁上设置的通风孔能在一定程度上降低井道内的气流速度，并且气流分布情况也会受到开孔参数的影响4。1.3电梯轿厢的外形结构对轿厢内气压激励及其特点高速电梯轿厢在运行过程中，气流由于受到轿厢顶部和底部结构的影响，会产生相应的高压区和低压区，为了减缓压力差，一般在对高速电梯外形结构设计时，轿顶和轿底采用流线型设计的导流罩，这样可以合理地改进轿厢表面的气流分布状况5，不同结构形式的导流罩所起到的降压减噪能力是不同的，因此可以结合电梯的运行特性以及井道特性，对轿顶和轿底的导流罩进行优化设计，使其能够更加合理地疏导井道气流。2高速电梯轿厢内噪声激励及其特点分析2.1机械部件对轿厢内噪声激励及其特点高速电梯轿厢内噪声一方面是由于高速运行中的轿厢结构振动引起的，另一方面轿厢、对重沿着导轨高速运行时因摩擦会产生很大的机械噪声，尤其是在电梯使用年份比较长、使用环境比较差、维护保养不到位的情况下，例如导靴磨损严重、导轨变形、导轨架松动等状况，这些都会使得轿厢在高速运行中产生并加剧机械噪声7。2023年第5期2.2井道气流对轿厢内噪声激励及其特点当井道里的气流扰动作用在轿厢上时，一定量的气动噪声会随之产生，在井道内随着轿厢的高速运行，一瞬间气体便被迅速压缩，当气流到达轿厢的尾部时，由于被轿厢阻隔产生分离，出现非常强的剪切层，气流撞击到轿厢尾部之后反弹，然而随着轿厢的运行又被吸入，因此运行尾部的气流变化复杂多变，气动噪声在此区域内无法散去，又随着压力场的变化瑞流放大。所以，就高速电梯而言，降压减噪，解决运行过程中井道流场的强烈变化对电梯轿厢的扰动和安全性的影响是非常迫切的。3高速电梯轿厢振动激励及其特点分析3.1机械部件对轿厢振动激励及其特点机械部件对轿厢的振动激励主要有纵向和横向振动激励，以及横向一纵向耦合激励。横向振动激励来源于导向系统，纵向振动激励来源于提升过程中由电引主机和载荷产生的冲击力，横向一纵向耦合激励来源于轿厢轿底水平度严重超差或附加轿厢装潢致使轿厢重心偏移，破坏平衡从而产生振动或晃动，轿壁的联接螺栓紧固不好，致使轿厢上下运行时产生噪声。另外由于轿壁和井道壁之间在轿厢运行时会产生风噪声，在轿内也有明显的感觉，甚至会产生共振现象。3.2气流激振对轿厢振动激励及其特点在井道内高速电梯轿厢周围的气流扰动也会在轿厢上方形成一个激励力，使电梯产生振动。此激振力与曳引机形成的脉动激励不同，它的变化是轿厢的振动状态的变化而引起的。曳引轮、钢丝绳、导轨、导靴等部件在气流的作用下磨损速度会加快，当受到变载扭矩的作用时，主要部件包括曳引机主轴等会发生变形,并产生振动。3.3电气控制系统对轿厢振动激励及其特点高速电梯经过自学习，其在井道中所处的位置与旋转编码器的脉冲值相对应，如果旋转编码器在驱动主机主轴上的位置出现位移，将会严重干扰电梯控制系统，使调速装置无法输出合适的频率以维持确定的梯速，进而使得驱动主机输出转矩不稳定，导致轿厢纵向振动剧烈，基本丧失了调速的功能，电梯起、制动过程的速度运行曲线不理想，带来起、制动过程中轿厢的振动感觉；再者因为调整之后参数不适配，电机在不均匀电流的影响下产生谐波震荡，从而输出的不规律谐波力矩经电引系统传递，带来了轿厢振动，降低了舒适感。4研究总结及展望本文在对高速电梯轿厢内气压、振动和噪声激励Analysis of Comfort Excitation Characteristics of High-Speed Elevator CarSU Wan-bin,PAN Yi-jun,GUO Jun,ZHANG Guo-bin,YI Can-can?(1.Jiaxing Institute of Special Equipment Inspection,Jiaxing 314050,China;2.Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China)Abstract:With the continuous improvement of elevator speed,ride comfort has become an important index to evaluate theperformance of elevator.Based on the analysis of the excitation characteristics of air pressure,noise and vibration in the car of high-speed elevator,the excitation characteristics of air pressure,noise and vibration involved in the comfort control of the car areanalyzed,which lays a foundation for improving the comfort of the car.Keywords:high-speed elevator cage;air pressure excitation;noise excitation;vibration excitation;passenger comfort苏万斌，等：高速电梯轿厢舒适性激励特点分析分析的基础上，结合当前研究存在的关键问题进行了总结与展望：（1）在高速电梯轿厢内气压控制的研究方面，目前基本是集中在通过改变高速电梯气压控制装置的结构、轿厢密闭材料的类型、不同结构的轿厢（对重与轿厢横向间距)气压控制性能、不同的井道结构(气孔)以及对气压传感器的性能进行研究来调整轿厢高速运行过程中的气压变化，实现高速电梯轿厢内气压平衡、控制以及相关的气压补偿方法，没有涉及轿厢内气压检测、控制系统以及检测方法。（2）在高速电梯轿厢内噪声控制的研究方面，目前基本是集中在改变轿厢外形结构及运用相关的降噪技术上，没有涉及高速电梯轿厢噪声的检测及预测技术，在噪声测试及分析上没有进一步的研究，可以对轿厢的测试结果与轿厢的运行速度、加速度、轿厢的外形与结构以及相应的频谱进行关联性研究，拓宽高速电梯的降噪技术，提高乘坐舒适性。（3）在高速电梯轿厢内振动控制的研究方面，目前基本是集中在单一纵向和横向振动激励基础上减少某个较窄频带上的振动被动控制方式、执行机构需要外加能源主动控制方式以及比较复杂成本较高的半主动控制，没有涉及多角度多方位的激励来源分析，在模型建立过程中研究者们没有全面建立轿厢、气流、导轨、导靴、楼宇的振动与形变等条件，随着控制技术的发展，在电梯轿厢振动领域，状态反馈、滤波器和鲁棒控制理论的应用将会极大提高电梯速度或加速度曲线的跟踪精度，为提高轿厢舒适性打下基础。参考文献：1周爱国，梅存浩，林宝照.超高速电梯气压控制系统的风口布局优化分析J.计算机仿真，2 0 15（1）：2 7 8-2 8 2，37 6.2郑有木.高速电梯轿厢动力学参数对平稳性的影响分析及设计优化D.杭州：浙江大学，2 0 15：18-2 5.3Hagiwara T,Arakawa A,Miyata K,et al.Study on airpressure control in the car for long travel and ultra-high-speed elevatorJJ.Mitsubishi Electric ADVANCE,2015:37-40.4李森.高速电梯轿厢气压变化规律建模与补偿设计分析及其应用D.杭州：浙江大学，2 0 17：35-40.5苏万斌，江叶峰，陈启锐，等.基于纳维-斯托克斯动力学理论的高速电梯轿厢气压数值分析.起重运输机械，2022(4):60-67.6蔡少林.超高速电梯特点分析及相关检测案例借鉴J.中国电梯，2 0 19,30（11)：6 5-6 9.7王晓伟，于艳杰，张瑞军，等.高速电引电梯噪声研究综述J.噪声与振动控制，2 0 14，34（3）：1-5.213